安全仪表系统中测量仪表的设置

安全仪表系统中测量仪表的设置王德生，娄悦（中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院，吉林吉林132002）50770―2013石油化工安全仪表设计规范的要求，从工程设计角度出发，讨论了测量仪表的防爆型式与信号型式的选择原则；探讨了测量仪表设置过程中，同一个被控变量既参与安全联锁“三取二”逻辑冗余设置，同时又对该被控变量进行过程控制的两种设置方案，并分别对两种方案进行了分析与比较。

石油化工装置的规模越来越大型化，安全仪表系统的应用也越来越广泛。随着国家和企业对安全生产的重视，颁布了SHB-Z06―1999石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则1与SH/T3018―2003石油化工安全仪表系统设计规范2，GB/T21109―2007/IEC61511过程工业领域安全仪表系统的功能安全35，*近又颁布了GB/T50770―2013石油化工安全仪表设计规范，将行业标准升级为国家标准。笔者主要针对同一个被控变量既需要对该变量进行过程控制，同时该变量又参与联锁逻辑的冗余设置时测量仪表的设置方案进行探讨。

1防爆型式的选择安装在爆炸危险场所的测量仪表，规定“宜采用隔爆型”，规定“应采用隔爆型或本安型。当采用本安系统时，应采用隔离式安全栅。”根据GB50058―2009爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的要求，如果隔爆型能够满足防爆要求时，应选用隔爆型，减少中间环节；当隔爆型不能满足防爆要求时选用本安型。

2信号型式的选择信号的智能变送器。测量仪表不应采用现场总线或其他通信方式作为安全仪表系统的输入信号“8.3测量仪表的设置测量仪表的独立设置原则与冗余设置原则，与规定的含义相同，只是个别用词稍有差别，规定：测量仪表的独立设置规定：SIL1级安全仪表功能，测量仪表可与基本过程控制系统共用；SIL2级安全仪表功能，测量仪表宜与基本过程控制系统分开；SIL3级安全仪表功能，测量仪表应与基本过程控制系统分开”。

测量仪表的冗余设置规定：SIL1级安全仪表功能，可采用单一的传感器；SIL2级安全仪表功能，宜采用冗余的传感器；SIL3级安全仪表功能，应采用冗余的传感器“。

测量仪表的冗余方式规定：当系统需要兼顾性和高可用性时，宜采用‘三取二，逻辑“。

3.1设置方案的选择对于同个被控变量既需要过程控制，同时又参与联锁逻辑的情况，采用“三取二”逻辑冗余设置的测量仪表的设置方案。以流量作为被控变量为例，介绍两种设置方案，如，所示。

所示方案为通常采用的，安全仪表系统通过独立冗余设置的测量仪表（流量变送器）FT-1A，FT-1B，FT-1C采集过程参数，经安全仪表系统FY-1三取二“逻辑判断之后进行逻辑处理与运算，通过控制调节阀FV-1的电磁阀FSOV-1与切断阀XV-1的电磁阀XSOV-1，从而控制FV-1与XV-1，实现安全仪表系统功能；基本过程控制系统通过测量仪表（流量变送器）FT-1D采集过程参数，经调节器FC-1进行逻辑处理与运算，控制*终执行元件FV-1的电/气阀门定位器，实现过程控制功能。

与方案比较，在于过程控制部分的不同。由安全仪表系统的FY-1B对FT-1A/B/C的测量值取中值或平均值以硬线连接的方式，作为过程控制系统调节器FC-1的测量信号，即取消了测量仪表FT-1D.稿件收到日期：2014-06-02，修改稿收到日期：2014-07-10.：王德生（1964―），男，吉林农安人，1985年毕业于大连工学院化工自动化及仪表专业，现就职于中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院，任高级工程师。

过程控制与安全联锁PI方案一过程控制与安全联锁PI方案二3.2方案二的合理性分析基本过程控制系统，并应独立完成安全仪表功能“。

安全仪表系统与过程控制系统在装置设计时即应各自独立设置；如所示，安全仪表系统通过独立冗余设置的流量变送器FT-1A，FT-IB，FT-1C采集过程参数，经安全仪表系统的FY-1A进行“三取二”逻辑判断之后进行逻辑处理与运算，FV-1与XV-1的电磁阀实现安全仪表系统功能，整个过程没有过程控制系统参与，是符合规定的。

或取代基本过程控制系统的工作“。如所示，安全仪表系统的FY-1B对FT-1A/B/C的测量值取中值或平均值以硬线连接的方式，只是作为FC-1的测量信号。过程控制方案及参数的设定都是在过程控制系统中完成，实现过程控制功能。即安全仪表系统并没有介入或取代过程控制系统的工作，也是符合的规定的。

3.3两种方案的比较对于方案一，如果测量仪表FT-1D旦发生故障，可能使过程自动控制功能失效，引起被控参数波动而超出设定范围，导致安全仪表系统联锁动作，将FV-1与XV-1强制置位于安全位置，生产过程自动中断。

而对于方案二，在FT-1A/C/B都工作正常时，安全仪表系统的FY-1B输出中间值通过硬线传输给过程控制系统的FC-1，作为测量信号；当其中1台测量仪表发生故障时，安全仪表系统将自动切除该台仪表的测量信号，FY-1B的输出自动地将“三取中”改为取平均值传输给过程控制系统的FC-1，作为测量信号，同时发出故障报警信号，提示维护人员排除故障，待故障排除后，FY-1B再自动改为“三取中”如果其中2台均发生故障，将导致安全仪表系统联锁动作，生产过程自动中断。

通过比较，方案二不仅减少了1台测量仪表，而且实现了过程控制系统测量仪表的冗余设置，同时可以避免方案一中FT-1D发生故障时可能带来的风险。

4结束语在大型的石油化工装置中，如氧化反应器的控制，参与反应的各种原料的流量、温度、压力，包括反应器的温度、压力等被控变量之间关联密切，安全仪表系统联锁逻辑复杂，过程控制要求严格，方案选择应经过充分地比较论证以保证装置安全长、满、优的运行。